光の屈折

アレッ!進行方向が変わる?(No.134)

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アレッ!進行方向が変わる? アレッ!進行方向が変わる?

実験監修:愛知工業大学客員教授 佐伯平二 
※監修者の役職は掲載当時のものです。
企画制作: 日本ガイシ株式会社

実験の説明

どうしてなのかな

メガネや望遠鏡など、私たちのまわりには光の屈折を利用した道具や機械がたくさんあります。レンズは空気とガラスの境界面での光の屈折を利用したものですが、光が屈折するのはガラスだけではありません。たとえば、空気から水に光が入射すると、屈折して進む方向が変わります(実験1)。No.133で紹介したシュリーレン現象も、光の屈折による現象でした。ところで、どうして光は屈折するのでしょう。

そうかなるほど

光の屈折は、透過する物質によって光の速度が変わるためにおこります。ちょうど、車の片方の車輪だけが砂にさしかかって回転速度が落ちたとき、もう一方の車輪がそのままの速度で回転すると車軸の向きが変わるようなものです(実験2)。でも、どうして物質によって光が伝わる速度が変わるのでしょうか? 真空中の光(光子)は衝突する相手がいないので秒速30万kmの速度で進みます。ところが、たとえば光が透明なガラスに入射すると、光はガラスをつくっている原子と衝突して持っていたエネルギーを主に電子に渡して消滅してしまいます。エネルギーを受け取った電子は、元のエネルギーが低い状態に戻ろうとして光を放出し、放出された光が次の原子と衝突して…ということが次々とくり返されて光は進むのです。物質の密度が大きいほど衝突する回数が多くなり、光が伝わる速度も遅くなるのです。

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